電力系統諧波產生及治理探析

王占倉 祁國葉

[摘? 要：隨著電氣自動化技術水平不斷的提高，電力系統裝機容量不斷加大，電網 中電力電子元件的使用也越來越多，致使大量的諧波電流注入電網，造成正弦波畸變，電能質量下降，不但對電力系統的一些重要設備產生重大影響，對廣大用戶也產生了嚴重危害。研究和治理供配電系統中的高次諧波，對改于供電質量、確保電力系統安全、經濟運行都有著十分重要的意義。經濟飛速發展帶來供電緊張，為解決供電緊張，諧波是導致電力損耗增加，供電質量下降的重要因素。不僅要建設許多新的電廠和輸電線路，還要高效利用現有的電力資源，減少電力損耗。

關鍵詞：電力系統;諧波;治理]

一、電力系統諧波產生的原因及危害

1.當正弦波電壓施加在非線性電路上時，電流就變成非正弦波，非正弦電流在電網阻抗上產生壓降，會使電壓波形也變為非正弦波。非正弦波可用傅立葉級數分解，其中頻率與工頻相同的分量稱為基波，頻率大于基波的分量稱為諧波。在電力系統中，諧波是指多少倍于工頻頻率的交流電，簡稱“次”，一般是指從2次到30次范圍。如5次諧波電壓（電流）的頻率是250赫茲，7次諧波電壓（電流）的頻率是350赫茲;超過13次的諧波稱高次諧波。電力諧波對電力網（包括用戶）危害是十分嚴重的，它是一種電力污染。

2.由于線路，熒光燈、調光燈、計算機等負載，會產生大量的奇次諧波，其中3次諧波的含量較多，三相配電線路中，相線上的3的整數倍諧波在中性線上會疊加，使中性線的電流值可能超過相線上的電流。另外，相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產生同次諧波的有功功率與無功功率，從而降低電網電壓，浪費電網的容量，對電力設備的危害

（1）對電力電容器的危害

當電網存在諧波時，投入電容器后其端電壓增大，通過電容器的電流增加得更大，使電容器損耗功率增加。使電容器過電流和過負荷，損耗功率超過上述值，使電容器異常發熱，在電場和溫度的作用下絕緣介質會加速老化。尤其是電容器投入在電壓已經畸變的電網中時，還可能使電網的諧波加劇，會使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。

（2）對電力變壓器的危害

諧波使變壓器的銅耗增大，其中包括電阻損耗、導體中的渦流損耗與導體外部因漏磁通引起的雜散損耗都要增加。諧波還使變壓器的鐵耗增大，這主要表現在鐵心中的磁滯損耗增加，諧波使電壓的波形變得越差，則磁滯損耗越大。

（3）對電力電纜的危害

由于諧波次數高頻率上升，再加之電纜導體截面積越大趨膚效應越明顯，從而導致導體的交流電阻增大，使得電纜的允許通過電流減小。另外，電纜的電阻、系統母線側及線路感抗與系統串聯，提高功率因數用的電容器及線路的容抗與系統并聯，在一定數值的電感與電容下可能發生諧振。

（4）對用電設備的危害，對電動機的危害

諧波對異步電動機的影響，主要是增加電動機的附加損耗，降低效率，嚴重時使電動機過熱。尤其是負序諧波在電動機中產生負序旋轉磁場，形成與電動機旋轉方向相反的轉矩，起制動作用，從而減少電動機的出力。另外電動機中的諧波電流，當頻率接近某零件的固有頻率時還會使電動機產生機械振動，發出很大的噪聲。

（5）對弱電系統設備的干擾

對于計算機網絡、通信、有線電視、報警與樓宇自動化等弱電設備，電力系統中的諧波通過電磁感應、靜電感應與傳導方式耦合到這些系統中，產生干擾。其中電感應與靜電感應的耦合強度與干擾頻率成正比，傳導則通過公共接地耦合，有大量不平衡電流流入接地極，從而干擾弱電系統。

（6）影響電力測量的準確性

目前采用的電力測量儀表中有磁電型和感應型，它們受諧波的影響較大。特別是電能表（多采用感應型），當諧波較大時將產生計量混亂，測量不準確。

二、電力系統諧波治理方法

想要最大限度的減少電力系統的損失，就要研究電力系統中的諧波治理方案。

1.在電力系統中加裝交流濾波器

當已經確定諧波源設備以后，在近距離諧波源處安裝濾波器是防止諧波電流注入電網的最有效辦法。濾波器工作的基本原理就是在靠近諧波源的地方吸收諧波電流。而等到諧波電流進入高壓電網后再采取措施，無論技術上還是經濟上都是不可行的。

2.在諧波源附近加裝有源濾波器

在諧波源處安裝有源濾波器，它會向電網中注入與原有諧波電流幅值相等、相位相同，方向相反的電流，從而使電源的總諧波電流抵消為零。從而獲得一正弦波。有源濾波器是與供電系統關聯工作的，它只控制諧波電流，基波電流并不流過該有源濾波器。

3.加隔離變壓器

隔離變壓器可以消弱均衡的三次諧波電流傳回到電源。通常在這種變壓器的使用者會裝設一個旁路的電路以避免在進行變壓器的維護工作時長時期對負荷停止供電。使用隔離變壓器的時候要適當提高額定值，否則也會產生電壓畸變和過熱。

4.在無功補償的同時加裝電抗器

將特定電抗百分率的串聯電抗器配置到并聯電容器組中，一般是用來限制諧波對電容器的危害及治理，以及改善電網電壓波形的。諧波在電力系統中造成的各種電力污染，嚴重威脅著電力系統的安全運行，要長期堅持對電力諧波的治理措施才能從根本上改變電力現狀，提高電力系統運營的安全性。

三、總結

隨著現代信息技術，計算機技術和電子技術的發展，電能質量問題已越來越引起用戶和供電部門的重視。應用先進的電能質量測試儀器不僅能大大提高電能質量的監測與治理水平，同時還可建立先進可靠的電能質量監測網絡，及時分析和反映電網的電能質量水平，找出電網中造成電能質量諧波及故障的原因，采取相應的措施，為保證電網的安全、穩定、經濟運行提供重要的保障。

參考文獻

[1]張振明.電力系統高壓電氣試驗技術及其重要性分析[J].科技展望.

[2]何邁.電力系統運行狀態大數據分析實驗仿真[J].實驗室研究與探索.

[3]劉政.電力系統電氣設備在線監測技術分析[J].中小企業管理與科技.

[4]張靈杰，孫建波，郭晨.大型船舶電力系統快速拓撲分析新方法[J].

[5]王佳裕.一種綜合潮流追蹤和鏈接分析的電力系統關鍵節點識別方法[J].電力系統保護與控制.

作者簡介

王占倉，男，講師，從事電氣運行教學工作。